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[案例] 生物医药研发楼冷热源方案设计

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发表于 2019-1-28 17:10:26 | 显示全部楼层 |阅读模式

一、项目概况

本项目生物医药研发大楼,总建筑面积31600.45m2,高度85.9m。主楼为科研楼,建筑面积21149.96m2,地上13层19504.5m2,地下1层1644.77m2;裙楼为动物房,建筑面积8029.44m2,地上3层6022.8m2,地下1层2007.36m2;食堂3层,建筑面积2421.05m2,高度14.8m。

二、设计范围

该研发大楼及食堂的冷热源系统方案设计,包括研发大楼和食堂的空调冷热水供给以及研发大楼的辅助用热热水供给,不包括食堂的其他用热热水供给。

三、设计要求

1、冷热源方案需考虑冬夏负荷的满足和平衡性、确保动物房的负荷以及卫生热水的制备。
2、动物房全年要求温度23±2℃,相对湿度55±10%,需保证24小时不间断供给。
3、动物房冲笼热水为白班时间8:00~18:00供给。

四、设计负荷

主楼(科研楼),夏季空调冷负荷2800kW,冷负荷指标120W/m2;冬季空调热负荷1560kW,热负荷指标70W/m2;生活热水负荷38.4 kW。
裙楼(动物房),夏季空调冷负荷4000kW,再热负荷486 KW;冬季空调热负荷1950kW,加湿量1601Kg/h;冲笼热水20m3/h,负荷1047kW。
食堂,夏季空调冷负荷405kW,冷负荷指标224W/m2;冬季空调热负荷293kW,热负荷指标140W/m2。
夏季空调冷负荷总计2800+4000+405=7205kW,辅助用热量总计38.4+486+1047=1571kW。
冬季空调热负荷总计1560+1950+293=3763kW,辅助用热量总计38.4+1047=1085kW。

五、冷热源系统设计

根据设计负荷及建筑本身使用特性,综合考虑冷热源系统的合理性、可靠性和经济性,本方案采用复合式地源热泵系统。
1、选用地源热泵机组5台,单台制冷量1467.3kW、输入功率233.4kW,制热量1545.5kW、输入功率323.3kW,其中2台为全热回收型,单台全热回收量1545.4kW。
2、夏季空调冷冻水供回水温度7/12℃,制冷装机容量1467.3*5=7336.5kW > 7205kW,满足夏季峰值冷负荷需求。
夏季优先运行热回收机组,可同时供冷及供热,再依照负荷变化情况对其余机组进行加减机及容量调节。
3、夏季制冷时,热回收热水温度50/45℃,热回收量1545.5kW,基本能满足夏季辅助用热1571kW的热量需求(考虑冲笼热水和生活热水并非完全同时使用,且有储热水箱平衡热量以及设有蒸汽补热系统)。夏季空调再热由热回收机组直接供给热水。
4、夏季冲笼热水及生活热水为热回收水送至储热水箱,经蒸汽补热至50℃以上供给。蒸汽补热管道适当放大,以提高突发情况下热水加热的可靠性。
5、为平衡冲笼热水及生活热水的用热不均匀性及其与空调制冷的不同步性,本方案设置20m3的储热水箱,在用热峰值负荷时由热泵机组及储热水箱共同供应热水。
6、冬季空调热水供回水温度45/40℃,生活热水温度50/45℃,开启一台热回收机组单独制取生活热水,制热量1545.2kW,满足热水需求.冬季空调依照空调热负荷变化情况对其余机组进行加减机及容量调节。(考虑同时使用系数、蒸汽补热等因素)

六、冷却水系统设计

1、根据热响应测试报告采用并联双U型垂直埋管形式,有效换热孔深110米。考虑占地面积、换热效果、热累计平衡性等多方面因素,本方案设计埋管间距为4.5m×4.5m。
2、根据热响应测试报告分析结果,夏季排热量72W/延米,冬季取热量47W/延米。热泵机组制冷性能系数5.5,制热性能系数4.5。
3、考虑土壤热平衡,地下埋管系统按冬季用热3台热泵机组运行考虑,取热量4636.5*(1-1/4.5)=3606kW,计算钻孔数3606*1000/47/110=698孔。为了充分保证系统的可靠性,考虑埋管裕量后确定设计钻孔720口。
4、设计钻孔数在夏季可匹配冷负荷容量720*110*72/1000/(1+1/5.5)=6739kW,满足3台热泵主机1467.3*4=5869.2kW需求,同时也满足动物房4000kW制冷负荷需求。因此本方案中,常年全天运行的动物房空调负荷在全年均可利用相对节能的地下埋管系统解决。
5、考虑系统初期投资的经济性以及冬夏季的土壤热平衡,本方案设置2台350m3/h的冷却塔,在夏季与地下埋管系统联合运行,根据负荷及地温变化情况辅助调节冷凝热量的排放。
6、冷冻水及冷却水侧均设置6台循环水泵,5用1备,与热泵主机一一对应,可避免控制系统及备件检修的复杂化,且可互为备用,增强系统运行地可靠性。
7、按照国家相关规范,对本工程土壤温度变化情况应进行监测。通过设置地温监测井对土壤温度进行跟踪记录,检测地埋管换热器对土壤温度场的影响,避免出现长期超负荷工作导致的土壤温度升高的情况。
通常情况下,如果实际运行负荷与设计负荷相差不大,且监测点对应时间上模拟温度与实测温度相差小于0.5℃时,可不调整控制思路。若温度相差较大,则适时控制冷却塔的启闭、热泵机组的加减机、水泵运行台数等。

七、方案说明

1、本方案采用复合式能源系统,地下埋管系统按冬季空调及热水用热考虑,夏季辅以冷却塔排热,可同时兼顾初期投资的经济性以及冬夏季地下负荷的热平衡;地下埋管系统可以满足常年全天运行的动物房的空调及热水需求,可有效发挥地源节能的优越性。
2、在该冷热源方案中,由于科研楼主楼、动物房及食堂在空调及热水上的使用时间及要求不同,综合考虑配置热泵机组,可有效起到平衡负荷、互为备用的效果。
3、本方案配备两台热回收机组,不设高温水热泵机组,即可不降低主机制冷效率,又可统一空调用热和热水加热的温度,两台热回收热泵机组互为备用,满足系统热水需求。
4、本方案中并未使用高温水热泵机组,热回收机组效率下降不多,且利用的是“免费”的冷凝排热,对地下埋管系统的冬夏热平衡更为有利。
5、本项目中由于有蒸汽可以利用,在极端情况下,当热泵机组制取热水温度满足不了要求时,可利用蒸汽二次加热保证需求的热水温度。方案中加大蒸汽配管,可以提高突发情况下热水加热的可靠性。
6、冬季利用热泵制热1545.5kWh,耗电功率323.3kWh,折合电费323.3*0.84=272元,使用蒸汽约需3吨,折合蒸汽用费3*270=810元。

八、设计费用

本项目设计费用(含深化施工图设计)按照建筑面积为计算单位,计算标准初步约定为为4元/m2。发包人发包该工程时,如设计人通过招投标等方式取得本工程施工承包权,设计人免收设计费;如设计人未能取得本工程施工承包权,设计费在发包人与施工承包单位签订施工承包合同后5日内一次性支付给设计人。
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